Первая промышленная обратноосмотическая установка в СССР производительностью 50 м3/ч (проект ВНИИАМ, изготовитель - ПО ТКЗ) была построена на Зуевской ЭТЭЦ (Донецкая обл.) в 1989 г.
Использовались 594 ацетатцеллюлозные мембраны диаметром 100 мм производства НПО “Тасма” (г. Казань). Установка проработала более 5 лет с заменой мембран и дала толчок к внедрению обратноосмотических установок в энергетику РФ. Российскими специалистами, в том числе и авторами данного исследования, была проведена оценка целесообразности применения обратноосмотического обессоливания на электростанциях. Для расчетов приняты три значения общего солесодержания исходной воды: 260, 360 и 420 мг/л, а также четыре производительности: 100, 300, 500 и 800 м3/ч. Исследовались три технологические системы: традиционная прямоточная (ИО), противоточная, включая UP СО RE (ИОпр), и смешанная система с применением в качестве первой ступени обессоливания воды обратноосмотических композитных мембран, а во второй ступени - ионитного обессоливания - ОО/ИО. На рис. 2 показана зависимость себестоимости обессоливания воды от производительности обессоливающих установок для различных солесодержаний исходной воды. Себестоимость обессоливания воды рассчитывалась по формуле С = Э/Q, где Э - эксплуатационные расходы или текущие годовые издержки на обессоливание воды, руб.; Q - годовая выработка обессоленной воды, м.
На рис. 3 показаны графики зависимости обессоливания воды от солесодержания исходной воды.
Из анализа графиков рис. 2 и 3 следует, что наилучшие показатели имеет система ОО/ИО, для которой максимальная себестоимость воды составляет около 5,0 руб/м3.
Рис. 2. Графики зависимости обессоливания воды от производительности для различных технологий:
1 - обратноосмотическое обессоливание; 2 - противоточное ионитное обессоливание; 3 - традиционное ионитное обессоливание; 260, 360, 420 мг/л - солесодержание воды
Рис. 3. Графики зависимости себестоимости обессоленной воды от солесодержания:
1 - обратноосмотическое обессоливание; 2 - противоточное обессоливание; 3 - традиционное обессоливание
Для обратноосмотической установки производительностью 50 м3/ч (УОО-50А), действующей на ТЭЦ-23 АО Мосэнерго в составе системы ОО/ИО, фактическая себестоимость обессоливания воды составила 6,6 руб/м3, в то время как при обессоливании воды на той же ТЭЦ в системе ИО себестоимость равнялась 9,7 руб/м3, т.е. почти в 1,5 раза выше.
Расчеты себестоимости обессоливания воды выполнены и для обратноосмотических установок производительностью 166м3/ч (УОО-166) и 200 м3/ч (УОО-200) на Нижнекамской ТЭЦ-1 в системах ОО/ИО. Расчетная себестоимость обессоливания воды, выработанной с применением ОО, составила соответственно 4,75 и 4,57 руб/м3, при этом себестоимость в системе ИО на этой же ТЭЦ равнялась соответственно 6,13 и 5,91 руб/м3. Фактическая себестоимость обессоливания воды в системе ОО/ИО с обратноосмотической установкой УОО-166 в первом квартале 2001 г. составила 7,06 руб/м3, а при традиционном обессоливании в системе ИО - 14,76 руб/м3 (по данным Нижнекамской ТЭЦ).
Имеющаяся разница в расчетных и фактических показателях себестоимости обессоливания воды объясняется постоянно меняющимися показателями стоимости химреагентов для регенерации ионитов, стоимости сброса стоков и исходной воды, стоимости смол для дозасыпки фильтров и обратноосмотических мембран для их замены. Однако общая тенденция остается неизменной; системы ОО/ИО имеют существенное преимущество перед системами ИО.
Нижегородский НИАЭП провел сравнительные расчеты экономичности применения различных технологий обессоливания воды для водоподготовки Ростовской АЭС производительностью 173 м3/ч. Исходная вода (Цимлянское водохранилище) имеет общее солесодержание 370 мг/л.
Сравнивались технологии: существующая - трехступенчатый ионообмен, предлагаемая противоточная технология UP СО RE, обратноосмотическая технология ОО/ИО и дистиляционное обессоливание (испарители).
Результаты сравнения приведены в таблице.
Важным экономическим показателем для применения той или иной технологии обессоливания воды служат удельные приведенные затраты (3·^).
Удельные приведенные затраты рассчитываются по формуле
Зпр = С + Ен х Кз,- приведенные затраты,
где С - себестоимость обессоливания воды, руб/м3; Ен = 0,15 - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; Кз - капитальные затраты, руб.
Удельные приведенные затраты учитывают и капитальные затраты на строительство установки обессоливания и эксплуатационные затраты, т.е являются универсальным экономическим показателем.
| Показатель | Система | |||
ИО | UP CORE | ДОУ | ОО/ИО | |
Себестоимость 1 м3 обессоленной воды без учета переработки стоков, руб/м3 | 15,3 | 10,1 | 11,0 | 9,4 |
График зависимости удельных приведенных затрат от содержания сульфат- и хлорид-ионов в исходной воде показан на рис. 4.
Рис. 4. Графики зависимости удельных приведенных затрат от содержания сульфат- и хлорид- ионов для разных технологий обессоливания воды:
1 - обратноосмотическое обессоливание; 2 - противоточное ионитное обессоливание; 3 - традиционное ионитное обессоливание; 100; 300; 500; 800 - производительность, м3/ч
Из графика следует, что применение мембранной технологии в системе ОО/ИО выгоднее, чем другие технологии.
На рис. 5 показаны данные по фактическому сбросу солей в системе ОО/ИО обессоливающей установки УОО-50А ТЭЦ-23 Мосэнерго.
Таким образом системы ОО/ИО способствуют стабилизации экологической обстановки в районе расположения электростанции.
В настоящее время в РФ в составе водоподготовок на электростанциях действуют четыре крупные обратноосмотические установки: на ТЭЦ-23 Мосэнерго (50м3/ч), на Нижнекамской ТЭЦ-1 (166м3/ч), на Воронежской ТЭЦ-1 (50 м3/ч), на электростанции Магнитогорского металлургического комбината (90 м3/ч).
Рис. 5. Расход реагентов, сброс солей в стоках и себестоимость обессоливания воды при ионировании и обратном осмосе (производительность 50 м3/ч):
1 - ионитное обессоливание; 2 - обратный осмос; 3 - исходная вода
Проектируются обратноосмотические установки на Норильской ТЭЦ-1 (200 м3/ч), на Петропавловской ТЭЦ (50 м3/ч).
Очевидные экономические и экологические преимущества обратноосмотических систем ОО/ИО должны способствовать более широкому внедрению этой техники в водоподготовку на электростанциях.
Список литературы
- Мартынова О. И. Конференция VGB “Химия на электростанциях”. - Теплоэнергетика, 1997, № 11.
- Экономическое сравнение технологий обессоливания воды энергетических котлов высокого давления / Ноев В. В., Быстрова Т. Ф., Парилова О. Ф., Ситняковский Ю. А. и др. - Энергосбережение и водоподготовка, 1998, № 1.
- Scott S. Beardsiey, Steven D. Coker,; Sharon S. Whipple. Dow Chemical Co. “Demineralization. The economics of reverse osmosis and ion exchange”. - Ultpure water, 1995, march.
- Мамет A. 77., Ситняковский Ю. А. О применении обратного осмоса при обессоливании воды для питания парогенераторов. - Теплоэнергетика, 2000, № 7.
